JPS60209685A

JPS60209685A - 回転圧縮機の回転スリ−ブの製造法

Info

Publication number: JPS60209685A
Application number: JP6810184A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Hattori; 服部　敏彦; Yuji Akagi; 赤木　裕治; Shunzo Takasuka; 俊蔵高須賀; Yukihiro Sugimoto; 幸弘杉本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1984-04-04
Publication date: 1985-10-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、例えばエンジンの過給機等として使用される
回転圧縮機における回転スリーブの製造法に関する。

（従　来　技　術）エンジンの過給機として、近年、排気ターボ過給機の代
わりに機械式過給機、特にベーン式の回転圧縮機の使用
が試みられている。このベーン式の回転圧縮機ば、エン
ジンの過給機として用いた場合に低回転域から過給効果
が得られる等の点で優れている反面、ベーンの先端がハ
ウジングの内周面に高速で摺動して早期に摩耗するとい
う欠点がある。また、例えば［容積形回転圧縮ＩＪ〜（
産業図書）の図１５．Ｈａ）によれば、ハウジングの内
側にベーンの先端が当接して該ベーンと共に回転する回
転スリーブを備えることにより、ベーン先端の摩耗を軽
減するようにした回転圧縮機が示されているが、これは
上記回転スリーブとハウジングとの嵌合部を潤滑油で潤
滑するようになっているため、該潤滑油の粘性抵抗によ
る損失トルクが大きく、しかも潤滑油が作動案内に漏れ
てエンジンの燃焼室に吸い込まれる等、エンジンの過給
機として適さない面がある。

そこで、ハウジングの内側に回転スリーブを備えると共
に、該スリーブをハウジング内周面との間の間隙に設け
た空気軸受室により回転自在に支持するようにした回転
圧縮機が提案されている。

これによれば、ベーン先端の摩耗が少なく、且つ回転ス
リーブを潤滑油で潤滑する場合における上記のような問
題を有しない回転圧縮機が実現される。しかし、この回
転圧縮機においても、上記回転スリーブの材料に関して
次のような問題がある。

即ち、該回転スリーブの材料としては一般に鋳鉄が考え
られているが、鋳鉄製スリーブは重いｌＣめベーンを介
して回転駆動される時に該ベーンの回転に対づる追随性
が悪くてベーン先端との摺動が著しくなり、且つ駆動ト
ルクが大きくなる等の欠点がある。また、これに対して
は、アルミニウム合金を用いて該スリーブの軽量化を図
ることが考えられるが、アルミニウム合金は熱膨張率が
大きいため運転中の発熱による膨張が著しく、そのため
ハウジング内周面との間の間隙が小さくなって上記空気
軸受室の作用が低下し、その結果、該回転スリーブの外
周面とハウジングの内周面とが接触して駆動トルクが著
しく増大する。また、このような接触は空気軸受室が正
常に作用している場合にもある程度は生じるが、アルミ
ニウム合金製のスリーブの場合、この接触により容易に
摩耗し、また接触に伴う発熱により焼付きを生じる等、
耐摩耗性及び耐熱性に欠ける欠点がある。

更に、回転スリーブの外周面には、上記空気軸受室の作
用を高めるために該室内の空気を圧縮して保持するエア
圧縮凹部を形成することがあるが、該凹部が効果的にエ
ア圧縮保持機能を発揮するためには該凹部のエツジ部が
シャープに形成されなければならない。つまり、回転ス
リーブの材料としては、外周面に形成されるエア圧縮凹
部のエツジ部がシャープに形成されるものでなければな
らないのである。

このように、回転スリーブの材料としては、軽量で且つ
熱膨張率が小さく、しかも耐熱、耐摩耗性に優れている
と共に、上記エア圧縮凹部のエツジ部がシャープに形成
されるものであることが要求されるのであり、従来、こ
のような要求を全て満足するもは無かった。

（発　明　の　目　的）本発明は、ベーン式の回転圧縮機において用いられる回
転スリーブに関する上記のような要求に対処し、軽量で
熱膨張率が小さく、且つ耐熱、耐摩耗性に優れていると
共に、外周面に形成されるエア圧縮凹部のエツジ部がシ
ャープに形成される回転スリーブを提供し、もって該ス
リーブとベーン先端との摺動ないしこれに伴う該ベーン
先端の摩耗が少なく、且つ空気軸受室及びエア圧縮四部
が常に良好に作用して駆動トルクが小さく、しがも耐久
性に優れた回転圧縮機を実現することを目的とする。

（発　明　の　構　成）本発明に係る回転スリーブの製造法は、上記目的達成の
ため次のように構成したことを特徴とする。

即ち、該回転スリーブの外周面に最終的に形成されるエ
ア圧縮凹部の形状に略対応する凹部を外周面に形成した
筒状の金属多孔体を用意し、先ず該金属多孔体の気孔に
アルミニウム合金溶湯を充填して金属多孔体をアルミニ
ウム合金で鋳ぐるんだ鋳ぐるみ素材を形成する。次に、
この素材を４５０〜５５０℃の温度で１〜１０時間加熱
保持することにより、上記金属多孔体とアルミニウム合
金との境界に該金属多孔体の金属とアルミニウム合金と
の金属間化合物層を生成し、その後、該素材のアルミニ
ウム合金部分のみをエツチング処理して上記エア圧縮四
部の形状に略対応する凹部を外周面に形成する。然る後
、該素材の外周面に耐熱、耐摩耗性を有する被覆層を形
成し、これにより外周面に上記エア圧縮凹部が形成され
た回転スリーブを得る。このようにして製造された回転
スリーブは、アルミニウム合金の存在によって鋳鉄製ス
リーブ等に比較して軽量であると共に、大きな硬度を有
する金属間化合物層が熱膨張率を小さくし且つ耐熱、耐
摩耗性を向上させ、また該化合物層の存在により外周面
に形成されるエア圧縮凹部のエツジ部がシャープに形成
されることになる。

ここで、上記金属多孔体は、例えばニッケル、銅もしく
は鉄系金属等の発泡金属又は金属繊維成形体等でなり、
その形状及び体積率は特に限定されるものではないが、
体積率１０％以上（気孔率９０％以下）が好適である。

つまり、体積率が１０％未満であると金属間化合物の生
成量が不足し、上記の如き化合物層の存在による効果が
十分に得られない。また、該金属多孔体の気孔の孔径は
０゜０５〜１ｍｍが好ましく、この孔径が０．０５＋ｎ
ｎ＋未満であると気孔にアルミニウム合金が充填され難
く、１ｍｍを超えると化合物層の密度が小さくなって、
エア圧縮凹部内のアルミニウム合金部分をエツチング処
理によって除去した時に良好なエツジ部が形成されない
ことになる。

一方、上記のような金属多孔体の気孔にアルミニウム合
金を充填する方法としては、金属多孔体を保持した金型
にアルミニウム合金の溶湯を注入して加圧する溶湯鍛造
法、アルミニウム合金の溶湯内に金属多孔体を浸漬した
状態で該溶湯を加圧する含浸法、或いはアルミニウム合
金粉末内に金属多孔体を投入して加熱することにより該
粉末を溶融させると共に、この溶湯を加圧するト１■Ｐ
焼結法等が採用される。これらの方法により、アルミニ
ウム合金の溶湯が金属多孔体の気孔に充填され且つ凝固
されて、金属多孔体をアルミニウム合金で鋳ぐるんだ鋳
ぐるみ素材が形成される。この時、金属多孔体の外周面
に予め形成されていた四部はアルミニウム合金によって
埋められる。尚、溶ｍ鋳違法においてアルミニウム溶湯
に加えられる圧力は４００　Ｋ９　／　ｃｔｉ以上が適
し、４００　ｈ　／　ｃｄ未満ではアルミニウム合金の
凝固組織及び機械的性質が不良となり、また該合金と金
属多孔体との密着性が不十分となって化合物層の生成が
困難となる。

更に、上記のようにして形成された鋳ぐるみ素材につい
て行われる化合物層生成処理は、４５０〜５５０℃の温
度で、１〜１０時間加熱保持することにより行われるが
、加熱温度が４５０℃未満の場合は化合物層を形成する
のに著しく長時間を要し、５５０℃を超える場合はアル
ミニウム合金自体の強度が低下する。また、加熱時間に
ついては、１時間未満の場合は十分な化合物層が生成さ
れず、ま１：Ｃ１０時間の加熱で化合物層の生成が略飽
和Ｊるのそ、１０時間を超える加熱は無駄となる。そし
て、この化合物生成処理に際しては、アルミニウム合金
の溶体化処理を兼ねるため、上記加熱の後に水焼入れを
行い、更に焼戻し処理（例えば１−６処理）を行うよう
にしてもよい。このようにして、金属多孔体とアルミニ
ウム合金との境界に金属間化合物層が生成される。この
化合物層は、金属多孔体がニッケル系金属の場合はアル
ミニウムとニッケルとの化合物でなり、金属多孔体が銅
系金属の場合はアルミニウムと銅どの化合物でなり、金
属多孔体が鉄系金属の場合はアルミニウムと鉄との化合
物でなる。

この化合物層の回転スリーブ全体に対−リーる体積率は
１０〜８０％が適している。つまり、化合物層の体積率
が１０％未満であると、十分な耐熱、耐摩耗性が得られ
ず、また熱膨張率も十分低下しない。更に、該回転スリ
ーブの外周面に形成されるエア圧縮凹部のエツジ部がシ
ャープに形成されない。また、化合物層の体積率が８０
％を超えると、アルミニウム合金の介在量が少なくなる
ため熱応力等の作用時にアルミニウム合金ｍｕとの密着
強度（接合強度）が低下し、また化合物層は脆弱である
ため破損し易くなる。

また、化合物層が生成された後に上記鋳ぐるみ素材につ
いてエツチング処理が行われるが、このエツチング処理
は累月を腐食液に浸漬する方法或いはフォトエツチング
法等の常法で行われる。これにより、鋳ぐるみ素材の外
周面における金属多孔体の凹部がアルミニウム合金で埋
められた箇所においては、該アルミニウム合金部分が除
去されて化合物層部分が残ることになる。つまり、硬度
の大きい化合物層によって凹部の周辺が形成されること
になり、シャープなエツジ部が形成される。

そして、このエツチング処理の後、鋳ぐるみ素材の外周
面に耐熱、耐摩耗性を有する被覆層が形成されるが、こ
の被覆層は例えばエポキシ樹脂等を主成分とする複合材
料或いは固体潤滑材等を用いて形成される。

（発　明　の　効　果）以上のように本発明によれば、ハウジング内に空気軸受
室を介して回転スリーブを回転自在に支持するようにし
たベーン式の回転圧縮機における回転スリーブとして、
軽量で熱膨張が少なく、且つ耐熱、耐摩耗性に優れてい
ると共に、外周面に形成されるエア圧縮凹部のエツジ部
がシャープな回転スリーブが得られることになる。これ
により、上記ベーンの回転に対する追随性が良く、従っ
て該ベーン先端の回転スリーブとの摺動による摩耗が少
なく、またハウジング内周面との間の間隙が適量に保持
され且つエア圧縮凹部が良好に作用することにより上記
空気軸受室が常に効果的に機能を発揮し、これにより駆
動トルクが小さくなり、更に回転スリーブの摩耗や焼付
き等のない耐久性に優れた回転圧縮機が実現されること
になる。

（実　施　例）以下、本発明の実施例について説明する。

先ず、第１図により回転スリーブを有する回転圧縮機の
構造を説明すると、該回転圧縮機１は円筒状の内周面２
ａを有し且つ一方の端面に吸入ボート２ｂ及び吐出ボー
ｈ２Ｃが設けられたハウジング２と、該ハウジング２内
に回転自在に嵌挿された回転スリーブ３と、該回転スリ
ーブ３内に偏心状に備えられたロータ４と、該ロータ４
の周面に等角度間隔で形成されたベーン溝４ａ・・・４
ａに夫々放射方向に出退自在に嵌装された複数のベーン
５・・・５とから構成され、且つ上記ハウジング２の内
周面２ａと回転スリー゛ブ３の外周面３ａとの間に設け
られた間隙が空気軸受室６とされている。

そして、ロータ４の回転時に、上記各ベーン５・・・５
が遠心力によって外方に突出され、先端が上記回転スリ
ーブ３の内周面に当接することにより、該スリーブ３の
内周面とロータ４の外周面との間の空間が複数の作動室
７・・・７に画成されると共に、これらの作動室７・・
・７の容積が上記吸入ボート２ｂを通過する時には拡大
し、また吐出ボート２ｃを通過する時には減少すること
により、空気の吸入、吐出作用が行われるようになって
いる。また、上記回転スリーブ３は、ベーン５・・・５
の先端が当接づることにより、空気軸受室６の作用で７
０−ティング支持された状態でベーン５・・・５を介し
てロータ４により回転駆動されるようになっている。

然して、上記回転スリーブ３の外周面３ａには、例えば
第２図に示すような形状の多数の凹部３ｂ・・・３ｂが
形成されている。この凹部３ｂ・・・３ｂは空気を圧縮
状態で保持するエア圧縮凹部であって、上記空気軸受室
６の軸受作用を高める機能を有する。ここで、該エア圧
縮凹部３ｂ・・・３ｂの機能が十分に発揮されるために
は、スリーブ外周面３ａと該凹部３ｂ・・・３ｂとの間
のエツジ部３ｃ・・・３゜がシャープに形成されていな
ければならない。また、空気軸受室６についても、その
機能が十分に発揮されるためにはハウジング２の内周面
２ａと回転スリーブ３の外周面３ａとの間の間隙が適量
に保持される必要がある。

次に、上記回転スリーブ３の製造法に関する実施例を説
明する。

先ず、この回転スリーブ３の製造に際して、第３図（’
Ｉ）、（ＩＩ）に示すように、最終製品としての回転ス
リーブ３の外周面３ａに形成されるエア圧縮凹部３ｂ・
・・３ｂに略対応する形状のく−回り大きい）凹部１１
ｂ・・・１１ｂが外周面１１ａに予め形成された円筒状
の金属多孔体１１を用意する。ここで、この実施例にお
いては、金属多孔体１１としてニッケル発泡金属を用い
た。

そして、この金属多孔体１１を溶湯鍛造法（含浸法或い
はＨＩＰ焼結法等でもよい）によりアルミニラム合金で
鋳ぐるみ、第４図（Ｉ＞に示すような金属多孔体１１の
気孔をアルミニウム合金で充填してなる防ぐるみ素材１
２を形成した。この時、第３図（Ｉ＞、（ＩＩ）に示す
金属多孔体１１の外周面１１ａにおける凹部１１ｂ・・
・１１ｂは第４図（ＩＩ）に示すようにアルミニウム合
金１３によって埋められる。

次に、上記鋳ぐるみ素材１２について化合物層生成処理
を行った。この化合物層生成処理は、鋳ぐるみ素材１２
を４５０〜５５０℃の温度で１〜１０時間加熱保持する
ことにより行われ、これにより上記金属多孔体１１とア
ルミニウム合金との境界にニッケルーアルミニウム化合
物層が生成される。

ここで、体積率（気孔率）の異なる金属多孔体１１を用
いて形成した鋳ぐるみ素材１２のサンプルエ〜Ｖについ
て、条件を変えて化合物生成処理を行った結果を示すと
、第１表に示すような体積率で化合物層が生成された。

尚、これらのサンプルＩ−Ｖの鋳ぐるみ時におけるアル
ミニウム合金溶湯に加えられた圧力はいずれも１０００
に９／ｃＭである。また、アルミニウム合金はＪＩＳ　
ＡＣ４Ｃを用いた。

（以下余白）上記のようにして化合物層が生成された鋳ぐるみ素材１
２について、１８０℃、６時間の焼き戻しくＴ６処理）
の後、機械加工を行い８％の塩酸水溶液を用いて外周面
のエツチング処理を行った。

このエツチング処理により表面に露出しているアルミニ
ウム合金部分が腐食、除去されるが、第４図（ＩＩ）に
示すように金属多孔体１１に予め四部１１ｂが形成され
ていた部分はアルミニウム合金１３が存在するだけであ
るから、このアルミニウム合金が除去される結果、エツ
チング処理後の素材１４の外周面１４ａには第５図（Ｉ
）、（ＩＩ）に示すように上記四部１１ｂに対応する四
部１４ｂが再び形成される。この時、この凹部１４ｂの
内部及びその周辺に露出する面は上記化合物層によって
形成されていることになり、該凹部１４ｂと素材外周面
１４ａとの間のエツジ部１４Ｃは硬く且つシャープな形
状を有するものとなる。

そして、最終工程として第６図に承りように上記素材１
４の外周面に耐熱、耐摩耗性に優れた被覆層１５を形成
した。この実施例においては、該被覆層１５の材料とし
て、エポキシ樹脂：１００容量部に対して鱗片状アルミ
ニウム＝２０容量部、及びフッ素樹脂粉末ニア０容量部
を含有させてなる複合コート材料を用い、これをスプレ
ーコート後、２２０℃、３０分の焼付９ノにより、コー
ト厚さ０．０５ｍｍの被覆層を形成した。

これにより、第６図及び第２図に示すように外周面３ａ
にエア圧縮凹部３ｂ・・・３ｂが形成されてなる回転ス
リーブ３が得られた。

次に、この実施例により得られた回転スリーブ３の熱膨
張実験及び該スリーブ３を用いた回転圧縮機１の駆動ト
ルク実験の結果について説明する。

先ず、熱膨張実験の結果は第７図に示す通りであって、
比較例として示すアルシル合金（Ｓｉ　：２０％）製ス
リーブ（比較例■）及びアルシル合金製スリーブの表面
をアルマイト処理したもの（比較例■）に比較して、本
案の実施例による化合物層の体積率が１０〜８０％のも
のく上記サンプルＩ１．Ｉ［１，ＩＶ）は熱膨張量（ス
リーブ外径の増加量）が小さいことが分る。

また、駆動トルク実験の結果は第８図に示す通りであっ
て、化合物層の体積率が１０％以上のものく上記サンプ
ルｎ、Ｉ［［、ＩＶ、Ｖ）は、体積率が５％のものくサ
ンプル■）及び上記アルシル合金製スリーブの表面をア
ルマイト処理したもの（比較例■）に比較して駆動トル
クが著しく小さい。

これは、化合物層の一定比率以上の存在によって第７図
に示すように熱膨張量が小さくなり、これに伴って第１
図に示す回転スリーブ３とハウジング２との間の空気軸
受室６の間隙が適量に保持されて良好な空気軸受室作用
が得られ、しかも該スリーブ外周面３ａにおけるエア圧
縮凹部３ｂ・・・３ｂのエツジ部３Ｃ・・・３０がシャ
ープに形状されていることにより該凹部３ｂ・・・３ｂ
による空気の圧縮、保持作用が良好で、上記空気軸受作
用が一層高められていることによる。ここで、化合物層
の体積率が８５％のサンプルＶも良好な駆動トルク性能
を示しているが、体積率が８０％を超えると、前述のよ
うに破損し易くなる等の弊害が生じる。

従って、化合物層の体積率は１０〜８０％が好適である
。

尚、この駆動トルク実験は、１回転当り６００ＣＣの吐
出量を有する回転圧縮機を用い、ロータ回転数５００Ｏ
ｒｐｍ、吐出圧１．０±０．５に９／ｃｉの条件で行っ
たものである。また、この時の回転圧縮機のハウジング
は０、アルミニウム合金（ＪＩＳ　ＡＣ４Ｃ）製で内周
面にクロムメッキを施したものを用い、且つ該ハウジン
グ内周面と回転スリーブ外周面との間の間隙及ｑ回転ス
リーブ外周面におけるエア圧縮四部の深さはいずれも５
０μである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によって製造された回転スリーブが
用いられた回転圧縮機の構造を示Ｊ縦断面図、第２図は
該回転スリーブの単体斜視図、第３図（Ｉ）、（ｎ）は
本発明方法の実施例で用いられた金属多孔体の斜視図及
び要部拡大断面図、第４図（Ｉ）、（ＩＩ）はこの金属
多孔体をアルミニウム合金で鋳ぐる／υだ鋳ぐるみ素材
の斜視図及び要部拡大断面図、第５図（Ｉ）、（ＩＩ）
は上記素材を化合物層生成処理及びエツヂング処理した
後の斜視図及び要部拡大断面図、第６図は更に被覆層を
形成した後の要部拡大断面図、第７．８図はこの実施例
で得られた回転スリーブについての熱膨張実験及び駆動
トルク、実験の結果を夫々示すグラフである。１・・・回転圧縮機、２・・・ハウジング、３・・・回
転スリーブ、３ａ・・・外周面、３ｂ・・・エア圧縮四
部、４・・・ロータ、５・・・ベーン、１１・・・金属
多孔体、１１ａ・・・外周面、１１ｂ・・・凹部、１２
・・・鋳ぐるみ素材、１３・・・アルミニウム合金、１
４・・・エツチング処理後の素材、１５・・・被覆層。出願人　東洋工業株式会社第１図第２図さ第７図温度（０Ｃ）第８図化合沖層の体積−ｖ！（％〕

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　円筒状内周面を有するハウジングと、該ハウジ
ング内に回転自在に嵌挿さ−れた回転スリーブと、該ス
リーブ内に偏心配置されたロータと、該ロータに支持さ
れて上記回転スリーブの内周面に摺接するベーンとから
なる回転圧縮機における上記回転スリーブの製癒法であ
って、最終的に形成される回転スリーブ外周面のエア圧
縮四部の形状に略対応する凹部を外周面に形成した筒状
の金属多孔体を用意し、先ず該金属多孔体の気孔にアル
ミニウム合金溶湯を充填して金属多孔体をアルミニウム
合金で鋳ぐる／ｖだ鋳ぐるみ素材を形成すると共に、次
に該素材を４５０〜５５０℃の温度で１〜１０時間加熱
保持することにより上記金属多孔体とアルミニウム合金
との境界に該金属多孔体の金属とアルミニウムとの金属
間化合物層を生成し、その後、該素材のアルミニウム合
金部分のみをエツチング処理して上記エア圧縮凹部の形
状に略対応する四部を外周面に形成し、然る後、該素材
の外周面に耐熱、耐摩耗性を有づる被覆層を形成して、
外周面にエア圧縮凹部を有する回転スリーブを得ること
を特徴とする回転圧縮機の回転スリーブの製造法。